Taajuusmuuttajan generaattorikäyttö : Vacon NXP Grid Converter

Abstract

Tämän opinnäytetyön tarkoituksena on tutkia Vaconin verkkovaihtosuuntaajan ja siihen perustuvan sovelluksen Vacon NXP Grid Converterin teoreettista taustaa sekä suunnitella kyseistä tekniikkaa hyödyntävä laitteisto koulutuskäyttöä varten. Sovellus tarjoaa uusia ominaisuuksia erityisesti rinnankytkettyjen generaattorikäyttöjen tehonsäätöön. Tekniikkaa voidaan soveltaa erityisen hyvin hajautetun energiantuotannon ratkaisuissa, joissa energiantuotannon olosuhteet ovat vaihtelevia. Verkkovaihtosuuntaajan ja yleensäkin taajuusmuuttajan teknistä taustaa selvittäessä täytyy paneutua teoreettisen sähkötekniikan perusteisiin ja vaihtosähkötehon kompleksiseen esitykseen. Tärkeätä on ymmärtää eri suureiden verrannollisuus toisiinsa joiden perusteella kokonaisuus toimii. Olennainen ja tärkeä osa työn teoreettisesta sisällöstä on pätö- ja loistehon siirtäminen ja säätäminen. On hienoa havaita, kuinka nykypäivän sovellukset käyttävät kuitenkin perimmäisinä toimintaperiaatteinaan vanhoja teorioita ja olettamuksia, esimerkiksi taajuusmuuttajan tehon syöttö verkkoon, joka perustuu tehon siirtämiseen häviöttömässä johtimessa. Jännitteiden välisellä vaihe-erolla saadaan pätöteho siirtymään. Samoihin teoreettisiin lähtökohtiin perustuu myös kuormitusjouston periaate. Laitteiston suunnittelun lähtökohtana käytetään sovellustiimin testilaitteistoa. Alkuperäistä tavoitetta laitteen suunnitteluun ja rakentamiseen muutettiin laajuudeltaan kattamaan laitteiston teoreettinen tarkastelu sekä suunnittelu sähköpiirustuksineen. Opinnäytetyöstä saa hyvin käsityksen laitteiston teoriasta sekä toiminnasta ja sähköpiirustukset toimivat ohjeena lopullisessa toteutuksessa.

The purpose of this thesis was to examine Vacon´s inverter based application Vacon NXP Grid Converter and its theoretical basis and also to design a training hardware in which this particular technology is applied. The application provides new features particularly for the power control of parallel power sources. The technique can be applied extensively in the distributed generation of electricity in which the conditions of the generation can fluctuate. When examining an inverter or a frequency converter and their theoretical basis one has to delve into the theory of electrical engineering and complex AC-power. It is crucial to understand the used quantities and how they are proportional to each other, which forms the basis of the whole operation. The essential and important part of the theoretical content of this thesis is the transfer and the control of active and reactive power. It is inspiring to see how today's new innovations and applications are still fundamentally based on old theories and assumptions. For example, the technique that is used in a frequency converter to feed power to the grid. A phase difference between voltages is needed to enable the active power transfer. Drooping is also based on the same theoretical basis. The basis for the design process was the testing hardware used by the application team. The original objective of the thesis was to design and manufacture a training hardware. The objective was slightly changed to include the theoretical examination and hardware design. This thesis can be used as a guide for theoretical briefing and the electric drawings produced can be used as instructions in the final assembly.